一種超級電容電池的制作方法

一種超級電容電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超級電容電池，包括電池外殼、包裹于電池外殼中的兩個鋁箔集流體、多孔碳基電極材料層、五氧化二釩電極材料層、電解液及隔膜；所述電池外殼外側分設有與外部電路相連的兩個接口，所述兩個接口分別與兩個鋁箔集流體相連；所述兩個鋁箔集流體分設于電池外殼相對的兩側，其中，一個鋁箔集流體一側涂布有所述多孔碳基材料層，另一個鋁箔集流體一側涂布有所述五氧化二釩電極材料層，所述多孔碳基材料層和五氧化二釩電極材料層之間灌注有電解液且通過所述隔膜分離。本實用新型結構簡單，成本低廉、能量密度高，具有高功率蓄電特性。
【專利說明】一種超級電容電池
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種超級電容電池。
【背景技術】
[0002]超級電容器與傳統的二次電池相比具有高功率，長壽命，高效率的特點，但是能量密度較低。超級電容器根據儲能原理可以分為雙電層電容和贗電容，雙電層電容通過在電極電解液界面形成對峙電荷雙電層進行儲能，贗電容則以電極表面的快速法拉第反應進行儲能。雙電層電容不發生化學反應，可在大電流下快速進行充放電使超電容具有高功率優勢。贗電容超級電容器通過化學沉積在電極表面發生快速的法拉第反應，能夠提高電極的儲能密度從而能提高整個超級電容器的蓄電量，但是其功率密度和循環壽命在一定程度上又受到限制。由于碳基電極可產生較大的功率密度，金屬氧化物電極可產生較大的能量密度，因此利用碳基和金屬氧化物作為兩電極的混合型超級電容電池，能夠同時具有較大的功率密度和能量密度。
[0003]超電容電池體系能量密度的提聞一個有效途徑就是提聞碳基電極材料的比電容，如通過蝕刻，活化工藝制備三維多孔的石墨烯，碳球及活性碳，使其具有豐富的活性位和較大的比表面，可以顯增加材料比電容。另一個途徑是應用不對稱混合型超級電容體系，即一個電極采用碳基電極，另一個電極采用贗電容電極材料或電池電極材料，通過提高電容器的工作電壓來提高電容器的能量密度。不對稱混合型超級電容器已經成為解決超級電容器能量密度低問題的重要研究方向。目前混合型超電容電池中應用的活性碳電極比表面仍不夠理想，碳基電極儲能密度受限。贗電容電極材料一般使用氧化釕貴金屬氧化物，價格昂貴。同時，混合超級電容器因充放電過程正、負兩極的儲能機理不同而具有雙電層電容和電池的雙重特性，混合電極體系中電極與電解液的匹配問題以及匹配單一的問題，將會影響整個電池器件的安全特性和蓄電性能以及成本，也成為了該領域的研究重點與難點。
實用新型內容
[0004]本實用新型一種超級電容電池，其目的在于，采用經過化學活化或蝕刻后的三維多孔碳基電極材料層和具有層狀結構的五氧化二釩電極材料層作為電極，克服超電容電池的能量密度低的問題，并能夠具有高功率，長壽命，低成本優勢；使用水系電解液或有機電解液，解決了電極與電解液匹配難或匹配單一的問題，能有效降低超電容電池內阻，大大增強了其安全性。
[0005]一種超級電容電池，包括電池外殼6、包裹于電池外殼6中的兩個鋁箔集流體2、多孔碳基電極材料層3、五氧化二釩電極材料層7、電解液4及隔膜5 ；
[0006]所述電池外殼外側分設有兩個接口 1，所述兩個接口 I分別與兩個鋁箔集流體2相連；
[0007]所述兩個鋁箔集流體分設于電池外殼相對的兩側，其中，一個鋁箔集流體內側涂布有所述多孔碳基材料層3，另一個鋁箔集流體內側涂布有所述五氧化二釩電極材料層7，電池外殼內灌注有電解液，所述隔膜設置在多孔碳基材料層3和五氧化二釩電極材料層7之間。
[0008]所述的多孔碳基電極材料層為石墨烯、微米/納米級碳球或活性碳經過化學蝕刻或活化后制備后分別得到的三維多孔結構石墨烯、多孔碳球、或多孔活性碳粉末中的任意一種。
[0009]所述的五氧化二 f凡電極材料層的結構為零維納米點、一維納米線、納米帶、納米管、納米纖維、二維納米片、三維多孔結構、花瓣狀結構、空心球結構、納米片束結構中的任
意一種。
[0010]所述的電解液為強堿性水系電解液，涂布有碳基電極材料層的鋁箔集流體相連的接口為超電容電池負極接口，另一接口為超級電容電池的正極接口。
[0011]所述的電解液為鋰離子有機電解液，涂布有碳基電極材料層的鋁箔集流體相連的接口為超電容電池正極接口，另一接口為超級電容電池的負極接口。
[0012]有益效果
[0013]本實用新型提供了 一種超級電容電池，包括電池外殼、包裹于電池外殼中的兩個鋁箔集流體、多孔碳基電極材料層、五氧化二釩電極材料層、電解液及隔膜；所述電池外殼外側分設有與外部電路相連的兩個接口，所述兩個接口分別與兩個鋁箔集流體相連；所述兩個鋁箔集流體分設于電池外殼相對的兩側，其中，一個鋁箔集流體內側涂布有所述多孔碳基材料層，另一個鋁箔集流體內側涂布有所述五氧化二釩電極材料層，電池外殼內灌注有電解液，所述隔膜設置在多孔碳基材料層和五氧化二釩電極材料層之間。
[0014]在堿性水系電解液中可以利用碳基電極雙電層電容和五氧化二釩電極材料層表面法拉第反應進行儲能，大電流充放速度快，內阻小，安全性高。在鋰離子有機電解液中可以利用五氧化二釩的層狀結構使鋰離子進行嵌入與遷出實現超電容電池的充放電過程，可承受較高電壓，能量密度高。本設計以結構優化后的碳基材料和廉價的五氧化二釩作電極，并且在水系電解液和有機電解液中均能實現高能量、高功率蓄電特性，改善了電極與電解液的匹配問題，降低了超電容電池的成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0016]標號說明:1_接口，2-鋁箔集流體，3-多孔碳基電極材料層，4-電解液，5-隔膜，
6-電池外殼,7-五氧化二鑰;電極材料層。
【具體實施方式】
[0017]下面結合【專利附圖】

【附圖說明】以及【具體實施方式】對本專利進行進一步說明。
[0018]本實用新型設計的超級電容電池結構示意圖如圖1所示。
[0019]一種超級電容電池，包括電池外殼6、包裹于電池外殼6中的兩個鋁箔集流體2、多孔碳基電極材料層3、五氧化二釩電極材料層7、電解液4及隔膜5 ；
[0020]所述電池外殼外側分設有與外部電路相連的兩個接口 1，所述兩個接口 I分別與兩個鋁箔集流體2相連；
[0021]所述兩個鋁箔集流體分設于電池外殼相對的兩側，其中，一個鋁箔集流體內側涂布有所述多孔碳基材料層3，另一個鋁箔集流體內側涂布有所述五氧化二釩電極材料層7，電池外殼內灌注有電解液，所述隔膜設置在多孔碳基材料層3和五氧化二釩電極材料層7之間。
[0022]所述的多孔碳基電極材料層為石墨烯、微米/納米級碳球或活性碳經過化學蝕刻或活化后制備后分別得到的三維多孔結構石墨烯、多孔碳球、或多孔活性碳粉末中的任意一種。
[0023]所述的五氧化二 f凡電極材料層的結構為零維納米點、一維納米線、納米帶、納米管、納米纖維、二維納米片、三維多孔結構、花瓣狀結構、空心球結構、納米片束結構中的任
意一種。
[0024]所述的電解液為強堿性水系電解液，涂布有碳基電極材料層的鋁箔集流體相連的接口為超電容電池負極接口，另一接口為超級電容電池的正極接口。
[0025]所述的電解液為鋰離子有機電解液，涂布有碳基電極材料層的鋁箔集流體相連的接口為超電容電池正極接口，另一接口為超級電容電池的負極接口。
[0026]多孔碳基電極材料層是傳統的活性碳、微米/納米級碳球或石墨烯等碳基材料層經過化學強堿、高溫蝕刻與活化后得到的多孔碳基電極材料粉末，其表面結構會得到明顯改善，比表面積和活性位也會得到優化，利于電極儲能密度的提升。五氧化二釩電極材料層是五氧化二釩粉末與表面活性劑經過水熱反應，煅燒后制備的多結構粉末材料層，包括零維結構納米點，一維結構的納米線、納米管、納米帶及納米纖維，二維結構納米片，三維多孔結構、花瓣狀結構，空心球結構，納米片束狀結構的五氧化二釩粉末電極材料。五氧化二釩電極材料層的層狀結構可以提高材料的導電性，提高鋰離子的嵌入速度并能夠提高單位儲倉tfi。
[0027]多孔碳基材料層和五氧化二釩電極材料層添加導電劑炭黑，粘結劑PVDF后經過混料、涂布在集流體鋁箔上并進行烘干、壓片，裁切后制備可用于電池組裝的電極片。多孔碳基材料層，隔膜，五氧化二釩電極材料層依次疊加后經卷繞制成電池筒體或片式電池基體，裝入電池外殼后灌注電解液進行封裝，得到混合電極的超電容電池。
[0028]電解液為堿性水系電解液時，一般以涂布有碳基電極材料層的鋁箔集流體相連的接口為超電容電池負極接口，充電過程中可以使電解液中的氫氧根離子靠近五氧化二釩電極。供電陰離子(0H_)在五氧化二釩電極材料層表面發生化學吸附過程進行電荷沉積。深度充放可使0H_陰離子氧化脫去五氧化二釩中的氧,從而發生快速的法拉第氧化還原反應，進行電荷的儲存。水系電解液的應用可以提高超級電容電池的安全特性，減少內阻。電解液為鋰離子有機電解液時，涂布有碳基電極材料層的鋁箔集流體相連的接口為超電容電池正極接口，使電解液中的鋰離子向五氧化二釩電極遷移并嵌入至電極材料中，可提高超級電容電池的儲能量和電池電壓，提高儲能密度。
【權利要求】
1.一種超級電容電池，其特征在于，包括電池外殼(6)、包裹于電池外殼(6)中的兩個鋁箔集流體(2)、多孔碳基電極材料層(3)、五氧化二釩電極材料層(7)、電解液(4)及隔膜(5)； 所述電池外殼外側分設有兩個接口(1)，所述兩個接口(I)分別與兩個鋁箔集流體(2)相連； 所述兩個鋁箔集流體分設于電池外殼相對的兩側，其中，一個鋁箔集流體內側涂布有所述多孔碳基材料層(3)，另一個鋁箔集流體內側涂布有所述五氧化二釩電極材料層(7)，電池外殼內灌注有電解液，所述隔膜設置在多孔碳基材料層(3)和五氧化二釩電極材料層(7)之間。
2.根據權利要求1中所述的超級電容電池，其特征在于，所述的多孔碳基電極材料層為石墨烯、微米/納米級碳球或活性碳經過化學蝕刻或活化后制備后分別得到的三維多孔結構石墨烯、多孔碳球、或多孔活性碳粉末中的任意一種。
3.根據權利要求2中所述的超級電容電池，其特征在于，所述的五氧化二釩電極材料層的結構為零維納米點、一維納米線、納米帶、納米管、納米纖維、二維納米片、三維多孔結構、花瓣狀結構、空心球結構、納米片束結構中的任意一種。
4.根據權利要求3中所述的超級電容電池，其特征在于，所述的電解液為強堿性水系電解液，涂布有碳基電極材料層的鋁箔集流體相連的接口為超電容電池負極接口，另一接口為超級電容電池的正極接口。
5.根據權利要求3中所述的超級電容電池，其特征在于，所述的電解液為鋰離子有機電解液，涂布有碳基電極材料層的鋁箔集流體相連的接口為超電容電池正極接口，另一接口為超級電容電池的負極接口。
【文檔編號】H01G11/36GK203444988SQ201320529235
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月28日 優先權日:2013年8月28日
【發明者】宋維鑫, 紀效波, 姚華鑫, 冉闖闖, 朱漢軍 申請人:宋維鑫, 紀效波, 姚華鑫, 冉闖闖, 朱漢軍